CN114535611A - 一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光增材制造技术领域,具体涉及一种激光抛光‑激光增材复合的增材制造方法,该方法以金属粉末为原料,在采用激光增材制造方法进行沉积的过程中,每沉积一层金属片层后进行一次激光抛光,直至沉积完成。本发明采用激光抛光技术对增材制造沉积的表面进行清理,不仅可以消除表面形成的氧化层,还可以实现对表面层的缓慢冷却,降低了残余应力,改善了组织和应力状态;而且同其他操作方式相比较,具有操作方便和简便的优势。
Description
技术领域
本发明属于激光增材制造技术领域,涉及送粉激光沉积增材制造金属材料,具体涉及一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法。
背景技术
激光增材制造成形金属部件,尤其是直接激光沉积技术,在制备和再制造高性能金属部件时具有不可比拟的优势,但由于激光直接沉积是在非密闭的环境下进行的层层堆积,其沉积过程中的保护气氛为在大气条件下所引入的氩气进行保护,此时的高温环境造成熔池表面在凝固后不可避免的形成带氧化物的表面,这对最终沉积的增材制造的显微组织和机械性能有一定的影响。如果能够在增材制造的过程中将这一表面形成的氧化物清除掉,将会极大的改善增材制造产品的显微组织和机械性能。
为此,人们研究了各种办法来进行改善提高,如发明专利“一种高精度激光增减材的复合制造装置”(专利申请号CN202010646377.X)为在激光增材制造的过程中引入减材的过程,减材的时候将表面的不平整和氧化膜利用机加工去掉了。这种操作方法由于引入了减材设备,对设备的集成要求高、成本高、而且减材还会带来新的污染物,使得操作复杂和控制起来比较困难。
发明内容
针对当前存在的问题,本发明提供了一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,在激光增材制造的过程中,引入激光抛光设备,对刚刚沉积的金属表面进行激光抛光,不仅可以去除表面的氧化物,同时激光抛光时所造成的热量还具有缓冷以减少温度梯度的作用,减少了应力和缺陷,同时对后续的激光增材制造也起到了改善作用。
按照本发明的技术方案,所述激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,以金属粉末为原料,在采用激光增材制造方法进行沉积的过程中,每沉积一层金属片层后进行一次激光抛光,直至沉积完成。
进一步的,包括以下步骤,
S1:将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置活动安装在激光器所在的工作系统上;
S2:调整激光增材辅助装置位置,启动激光器、送粉器、激光增材辅助装置和基材温控装置,以金属粉末为原料,进行激光沉积,形成金属片层;
S3:关闭送粉器和激光增材辅助装置,调整并启动激光抛光辅助装置,对所述金属片层的表面进行激光抛光;
S4:重复步骤S2和S3,直至完成整个制备过程。
具体的,将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置固定在同座板于一体的工作操作系统上(该系统可以是机床系统,也可以是机器人系统)上;温控装置固定在数控机床工作台上,包括分机和主机;基板固定在温控装置主机和分机上,并通过连接试样进行连接。沉积试样位于基板上;温控装置主机和分机底部为恒温水冷模块或加热保温模块,外接冷却水循环机,冷却水可从装置中抽出;成形过程中,激光器发生激光由光纤输送至座板处,通过激光抛光辅助装置或激光增材辅助装置进行聚焦,粉末传输至激光增材辅助装置与激光耦合成形进行增材操作。其中激光增材辅助装置即激光增材激光头,激光抛光辅助装置即辅助的激光抛光所用的激光头,在成形过程中,根据沉积层的流量和类型不同,采用不同的激光工艺参数。制备完成后关闭激光器和激光抛光辅助装置,待工件表面冷却后关闭基材温控装置。
本发明引入温控装置,使得每一层在进行沉积的时候沉积层的温度可以快速的降低或者对某些材料进行预热和缓热处理,是冷却还是预热缓冷,依据具体的材料进行选择,从而使得激光抛光和激光增材制造易于进行。
进一步的,激光器所在的工作系统上设有横向滑槽,所述激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置利用座板滑动安装在所述滑槽内。
进一步的,所述基材温控装置的冷却模式温度为20-30℃,加热保温模式温度为100-500℃。
进一步的,所述步骤S2中,激光沉积的波长为800-1100nm,功率为1000-3500w。
进一步的,所述步骤S2中,激光沉积的扫描速度为10-20mm/s,送粉速率为6-12g/min
进一步的,所述步骤S3中,激光抛光在金属片层上方3-5mm处进行。
进一步的,所述步骤S3中,激光抛光的激光类型为连续激光或脉冲激光。
进一步的,所述连续激光的最大功率为1200-1500W,扫描速度为10-20mm/s。
进一步的,所述脉冲激光的最大功率为80-150W,扫描速度为80-100mm/s。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点:采用激光抛光技术对增材制造沉积的表面进行清理,不仅可以消除表面形成的氧化层,还可以实现对表面层的缓慢冷却,降低了残余应力,改善了组织和应力状态;而且同其他操作方式相比较,具有操作方便和简便的优势。
附图说明
图1为本发明方法所用装置的结构示意图
附图标记说明:1-数控机床工作台、2-基板、3-沉积试样、4-分机、5-主机、6-连接件、7-激光抛光辅助装置、8-激光增材辅助装置、9-横向滑槽、10-座板、11-光纤、12-激光器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明激光抛光-激光增材复合的增材制造方法采用如图1所示的装置:将激光抛光辅助装置7和激光增材辅助装置8安装在同座板10于一体的激光器工作操作系统上(该系统可以是机床系统,也可以是机器人系统)上,座板10能够沿横向滑槽9滑动,激光抛光辅助装置7和激光增材辅助装置8在座板10上的安装高度能够调节。将温控装置固定在数控机床工作台1上,温控装置包括分机4和主机5,基板2通过连接件6连接温控装置实现温度控制,从而实现对沉积试样3加热或冷却。沉积试样3沉积于基板2上,温控装置主机5和分机4包括恒温水冷模块或加热保温模块,外接冷却水循环机,冷却水可从装置中抽出。成形过程中,激光器12发生激光由光纤11输送至座板10上的激光抛光辅助装置7或激光增材辅助装置8,通过激光抛光辅助装置7或激光增材辅助装置8进行聚焦。粉末通过送粉器(图中未显示)传输至激光增材辅助装置8与激光耦合成形进行增材操作,在成形过程中,根据沉积层的流量和类型不同,采用不同的激光工艺参数。
实施例1激光抛光-激光增材复合的增材制造
第一步,将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置安装在座板上,同激光器形成一体的工作系统;
第二步,调整激光增材辅助装置位置,启动激光器,成形过程中通过调节送粉器的送粉速率,沉积开始后温控装置开启恒温水冷模式或加热保温,对基板进行冷却或加热,冷却模式的时候预设温度设为20℃;
激光沉积的设备为光纤激光增材制造设备,波长为1064nm,功率为1000W,沉积的材料为合金Ti6Al4V,扫描速度为10mm/s,送粉速率为6.5g/min。
第三步,每沉积一层金属粉末,停止沉积,调整激光抛光辅助装置的位置至已沉积的金属片3mm处,进行激光抛光处理;激光抛光的激光为连续激光,连续激光功率的最大为1420mm/s,扫描速度为20mm/s;
第四步,成形结束后,关闭激光器和激光抛光辅助装置,待工件表面冷却后关闭温控装置。
实施例2激光抛光-激光增材复合的增材制造
第一步,将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置安装在座板上,同激光器形成一体的工作系统;
第二步,调整激光增材辅助装置位置,启动激光器,成形过程中通过调节送粉器的送粉速率,沉积开始后开启温控装置,对基板进行加热,加热模式的时候预设温度设为100℃;
激光沉积的设备为半导体激光增材制造设备,波长为980nm,功率为2500W,沉积的材料为高温合金Stellite6,扫描速度为20mm/s,送粉速率为10.5g/min;
第三步,每沉积一层金属粉末,停止沉积,调整激光抛光辅助装置的位置至已沉积的金属片5mm处,进行激光抛光处理;激光抛光的激光为脉冲激光,脉冲连续激光功率的最大为130W,扫描速度为100mm/s;
第四步,成形结束后,关闭激光器和激光抛光辅助装置,待工件表面冷却后关闭温控装置。
实施例3激光抛光-激光增材复合的增材制造
第一步,将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置安装在座板上,同激光器形成一体的工作系统;
第二步,调整激光增材辅助装置位置,启动激光器,成形过程中通过调节送粉器的送粉速率,沉积开始后开启温控装置,对基板进行加热,加热模式的时候预设温度设为300℃;
激光沉积的设备为当前半导体激光增材制造设备,波长为980nm,功率为3500W,沉积的材料为高速钢M2,扫描速度为15mm/s,送粉速率为8.5g/min;
第三步,每沉积一层金属粉末,停止沉积,调整激光抛光辅助装置的位置至已沉积的金属片层5mm处,进行激光抛光处理;激光抛光的激光为脉冲激光,脉冲连续激光功率的最大为80W,扫描速度为80mm/s;
第四步,成形结束后,关闭激光器和激光抛光辅助装置,待工件表面冷却后关闭温控装置。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,以金属粉末为原料,在采用激光增材制造方法进行沉积的过程中,每沉积一层金属片层后进行一次激光抛光,直至沉积完成。
2.如权利要求1所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,包括以下步骤,
S1:将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置活动安装在激光器所在的工作系统上;
S2:调整激光增材辅助装置位置,启动激光器、送粉器、激光增材辅助装置和基材温控装置,以金属粉末为原料,进行激光沉积,形成金属片层;
S3:关闭送粉器和激光增材辅助装置,调整并启动激光抛光辅助装置,对所述金属片层的表面进行激光抛光;
S4:重复步骤S2和S3,直至完成整个制备过程。
3.如权利要求2所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,激光器所在的工作系统上设有横向滑槽,所述激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置利用座板滑动安装在所述滑槽内。
4.如权利要求2所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述基材温控装置的冷却模式温度为20-30℃,加热保温模式温度为100-500℃。
5.如权利要求2所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述步骤S2中,激光沉积的波长为800-1100nm,功率为1000-3500w。
6.如权利要求2所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述步骤S2中,激光沉积的扫描速度为10-20mm/s,送粉速率为6-12g/min。
7.如权利要求2所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述步骤S3中,激光抛光在金属片层上方3-5mm处进行。
8.如权利要求2所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述步骤S3中,激光抛光的激光类型为连续激光或脉冲激光。
9.如权利要求8所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述连续激光的最大功率为1200-1500W,扫描速度为10-20mm/s。
10.如权利要求8所述的激光抛光-激光增材复合的增材制造方法,其特征在于,所述脉冲激光的最大功率为80-150W,扫描速度为80-100mm/s。
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PB01 | Publication | ||
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